Συντάχθηκε 06-01-2017 18:23
από Esthir Gelasaki
Email συντάκτη: egelasaki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
-
Ιδιότητα: υπάλληλος.
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΒΑΪΑΣ ΔΙΝΟΠΟΥΛΟΥ
με θέμα
Σχεδιασμός και Προσομοίωση Λειτουργίας Αυτόνομου Υβριδικού Συστήματος Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας με Χρήση ΑΠΕ και Κυψελών Υδρογόνου
Design and Simulation of the Operation of an Autonomous Hybrid Power System Using Renewable Energy Sources and Hydrogen Fuel Cells
Δευτέρα 9 Ιανουαρίου 2017, 1 μ.μ.
Αίθουσα 145.Π42, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη
Εξεταστική Επιτροπή
Καθηγητής Γεώργιος Σταυρακάκης (επιβλέπων)
Καθηγητής Κωνσταντίνος Καλαϊτζάκης
Καθηγητής Γεώργιος Σταυρουλάκης (Σχολή ΜΠΔ)
Περίληψη
Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι μορφές εκμεταλλεύσιμης ενέργειας που προέρχονται από διάφορες φυσικές διαδικασίες. Σημαντικοί παράγοντες, όπως η απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα όπως είναι το πετρέλαιο καθώς η ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια συνεχώς αυξάνεται και οι πόροι αυτοί σιγά σιγά εξαντλούνται, όπως επίσης και η αντιμετώπιση σοβαρών περιβαλλοντικών προβλημάτων που προκαλούνται από την απελευθέρωση τόσο στον αέρα όσο και στα ύδατα βλαβερών αερίων και αποβλήτων, έχουν οδηγήσει τις οικονομίες παγκόσμια να στραφούν στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ως Υβριδικό Σύστημα Ενέργειας (ΥΣΕ) ορίζεται οποιοδήποτε αυτόνομο σύστημα ηλεκτροπαραγωγής, στο οποίο ενσωματώνονται περισσότερες από μία πηγές ενέργειας που λειτουργούν μαζί με τον απαραίτητο υποστηρικτικό εξοπλισμό, συμπεριλαμβανομένης της αποθήκευσης της ενέργειας, με στόχο την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο ή στο σημείο εγκατάστασής του.
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη ενός δυναμικού μοντέλου που προσομοιώνει τη λειτουργία ενός αυτόνομου υβριδικού σταθμού παραγωγής ΑΠΕ – υδρογόνου. Το υπό μελέτη σύστημα περιλαμβάνει μία ανεμογεννήτρια και μία φωτοβολταϊκή γεννήτρια, οι οποίες αποτελούν τις κύριες ενεργειακές πηγές, ενώ μία κυψέλη καυσίμου χρησιμοποιείται για να τροφοδοτεί την ισχύ του φορτίου που υπερβαίνει την ισχύ της παραγωγής. Μία μονάδα ηλεκτρόλυσης και μία δεξαμενή αποθήκευσης χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση της περίσσειας ισχύος σε υδρογόνο. Η διασύνδεση των επιμέρους υποσυστημάτων και η διαχείριση της ισχύος πραγματοποιούνται μέσω ενός κοινού ζυγού με τη βοήθεια ειδικά σχεδιασμένων ελεγκτών. Το σύστημα δεν παράγει ρύπους και αποτελεί μία αξιόπιστη και φιλική προς το περιβάλλον λύση.
Τα υποσυστήματα μοντελοποιήθηκαν αναλυτικά με μαθηματικές εξισώσεις στο περιβάλλον του Matlab/Simulink, όπου και πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις για τέσσερα εικοσιτετράωρα του έτους 2015, ένα για κάθε εποχή του χρόνου, προκειμένου να εξεταστεί η απόδοση του συνολικού υβριδικού συστήματος. Τα δεδομένα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν αφορούν την περιοχή των Χανίων καθώς, συν τοις άλλοις, η Κρήτη έχει πολλές απομακρυσμένες μη αστικές περιοχές, με χαμηλή πληθυσμιακή πυκνότητα, για τις οποίες το σύστημα μπορεί να αποτελέσει μια ικανοποιητική λύση στο πρόβλημα της ηλεκτροδότησης.
Abstract
Renewable energy sources are forms of usable energy from various natural processes. Important factors such as the dependence on fossil fuels such as oil as demand for electricity is increasing and these resources are gradually depleted, as well as addressing serious environmental problems caused by the release of harmful gases and waste into both air and waters, have led the global economies to shift to renewable energy sources. A Hybrid Energy System is any autonomous power system, incorporating more than one energy sources that work together with the necessary supporting equipment, including energy storage, in order to provide electricity to the network or at the point of installation.
This thesis deals with the development of a dynamic model that simulates the operation of an autonomous hybrid plant RES - hydrogen. In the studied system a wind turbine and a photovoltaic generator are included, which are the main energy sources, while a fuel cell is used for supplying power to the load when the latter exceeds the produced output power. An electrolyzer and a hydrogen storage tank are used in order to convert excess power generation into hydrogen. The interconnection of individual subsystems and power management is carried out through a common DC bus with the help of specially designed controllers. The system produces no pollutants and is a reliable and environmentally friendly solution.
All the subsystems are modeled in detail with mathematical equations in the Matlab /Simulink environment, where simulations were performed for four days of the year 2015, one for each season, in order to test the performance of the overall hybrid system. The data used for the simulation concern the area of Chania, as Crete has many remote rural areas with low population density, for which the system can provide a satisfactory solution to the electricity problem.
